DE2220918A1

DE2220918A1 - INTERNAL EXCITATION FOR A DYNAMOELECTRIC MACHINE

Info

Publication number: DE2220918A1
Application number: DE19722220918
Authority: DE
Inventors: Karl Franz Drexler; Henry William Kudlacik
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-06-22
Filing date: 1972-04-28
Publication date: 1973-01-11
Also published as: JPS5430081B1; GB1376209A; JPS4811507A; US3702965A; SE381143B; FR2142936A1; CH548133A; SU568411A3; FR2142936B1

Description

Innere Erregung für eine dynamoelektrische MaschineInner excitement for a dynamo-electric machine

Die Erfindung betrifft allgemein statische Erregersysteme für große durch Gas oder Flüssigkeit gekühlte dynamoelektrische
Maschinen und insbesondere selbsterregte dynamoelektrische Maschinen unter Verwendung von Erregertransformatoren zur Schaffung einer Compound-Erregerleistungsquelle für die Feldwicklungen. The invention relates generally to static excitation systems for large gas or liquid cooled dynamoelectric
Machines, and in particular self-excited dynamo-electric machines using excitation transformers to provide a compound excitation power source for the field windings.

Erregersysteme für sehr große dynamoelektrische Maschinen, wie beispielsweise Turbinen-Generatoren, sind bezüglich ihrer Kompliziertheit und ihrer Leistung gewachsen einhergehend mit dem Ansteigen der Leistung der Generatoren selbst. Frühere Erregersysteme enthielten rotierende Leistungsquellen, wie beispiels-Excitation systems for very large dynamoelectric machines, such as turbine generators, are complicated in terms of their complexity and their performance grew along with the increase in the performance of the generators themselves. Earlier excitation systems contained rotating power sources such as

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weise einen getrennten Gleichstromgenerator, der von der Turbinen-Generatorwelle angetrieben wurde und über Schleifringe und Bürsten die Felderregung an die Drehfeldwicklung lieferte. Eine weitere Anordnung, bei der die Erregerleistungsquelle rotiert, verwendet einen Wechselspannungserreger, welcher durch den Turbinen-Generator angetrieben wird, wobei noch eine Gleichrichtung und Steuerung der Erregerspannung in externen stationären Gleichrichtersätzen erfolgt.wise a separate DC generator from the turbine generator shaft was driven and supplied the field excitation to the rotating field winding via slip rings and brushes. Another Arrangement in which the excitation power source rotates uses an AC exciter supplied by the turbine generator is driven, with rectification and control of the excitation voltage in external stationary rectifier sets he follows.

Das System mit rotierendem Gleichrichter stellt eine weitere Variation dar, bei der Komponenten der Erregerquelle rotieren. Dort wird ein Wechselspannungserreger von dem Turbinen-Generator angetrieben und liefert über Gleichrichter, welche von der rotierenden Welle getragen werden, Strom an die Feldwicklungen.The rotating rectifier system is another variation in which components of the excitation source rotate. There, an alternating voltage exciter is driven by the turbine generator and supplies via rectifiers which are supplied by the rotating shaft carried electricity to the field windings.

Eine sehr breite getrennte Kategorie von Erregersystemen, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, ist das "statische" System, bei dem die Erregerleistungsquelle, die Gleichrichter und die Komponenten des Spannungsreglers nicht rotierend sind. Es sind statische Erregerleistungsquellen vorgescliagen worden, welche die Felderregung einem Generator dadurch zuführen, daß sie die Erregerleistung den Statorausgangssammelleitungen mittels eines äußeren "Erregertransformators" entnehmen, wobei "Potential"- und "Strom"-Wicklungen mit den Generatorleitungen gekoppelt sind. Obwohl solche Systeme, die manchmal durch eine Gleichstrom-"Sättigungs"-Steuerwicklung auf dem Erregertransformator gesteuert werden, eine ausgezeichnete selbstregelnde Leistungsquelle ergeben, besitzen diese Systeme eine Neigung, groß und kostspielig zu sein, sie komplizieren die Anordnung der Kraftanlage, sie erfordern getrennte Kühlsysteme und erfordern unerwünschte Verbindungen in oder zwischen den isolierten Phasensammelleitungen zwischen dem Generator und dem Hauptleistungstransformator. A very broad separate category of excitation systems to which the present invention relates is the "static" system in which the excitation power source, the rectifiers and the components of the voltage regulator are not rotating. Static excitation power sources have been suggested which supply the field excitation to a generator in that they supply the excitation power to the stator output busbars an external "excitation transformer", where "Potential" and "current" windings are coupled to the generator lines. Although such systems are sometimes supported by a DC "saturation" control winding on the excitation transformer make an excellent self-regulating power source, these systems have a tendency to be large and being expensive, they complicate the layout of the power plant, and require separate cooling systems unwanted connections in or between the isolated phase busses between the generator and the main power transformer.

In einem statischen System kann eine sehr schnell ansprechende und in weitestem Maße selbstregelnde Erregerwirkung erreicht werden durch eine "Compound"-Anordnunr* der Erregerwicklungen, so daß die Erregerspannung sowohl auf den ausgangsseiti?ren Ver-In a static system, a very quickly responding and largely self-regulating excitation effect can be achieved are made by a "compound" arrangement * of the excitation windings, so that the excitation voltage both on the output side

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braucherstrom des Generators als auch auf die Hauptgeneratorklemmenspannung anspricht. Die letztere ihrerseits wird erhalten aus dem vom Rotor erzeugten synchronen Fluß (dieser ist abhängig von dem Feldstrom des Rotors), vermindert um den vektoriell subtrahierten Wert für den Abfall durch die Streureaktanz des Stators (welche von dem Statorstrom abhängt). Innerhalb der Begrenzungen, welche gegeben sind durch die Compound-Leistung für eine Klemmenspannung und einen Klemmenstrom, die dünn einen festen Verlustwinkel voneinander getrennt sind, ist es möglich, statische Erregersysteme aufzubauen, welche in gewissen Bereichen des Verlustfaktors oder Verlustwinkels ein Verhalten zeigen, das unterhalb der Compound-Werte, bei diesen Werten oder über diesen'Werten liegt. Typisch für solche statische Compound-Erregersysteme sind die Systeme gemäß US-Patent 2 208 416 und 2 454 582. Es ist für solche statischen Systeme charakteristisch, daß die Linearität in der selbstregelnden Wirkung sich nur über einen begrenzten Bereich der Betriebswerte der Klemmenspannung, des Klemmenstroms und des Verlustwinkels erstreckt. Daher versucht der Konstrukteur Compound-Verhältnisse zu erreichen, welche einen Kompromiß der Anforderungen bezüglich der Erregung in dem gesamten Betriebsbereich darstellten mit einem Mindestmaß an Gesamtreglerleistung.user current of the generator as well as the main generator terminal voltage appeals to. The latter in turn is obtained from the synchronous flux generated by the rotor (this is dependent from the field current of the rotor), reduced by the vectorial subtracted value for the drop due to the leakage reactance of the stator (which depends on the stator current). Within the limits given by the compound performance for a Terminal voltage and a terminal current that thin a fixed Loss angles are separated from each other, it is possible to build static excitation systems, which in certain areas of the loss factor or loss angle show behavior that is below the compound values, at these values or above these values lies. Typical of such compound static excitation systems are the systems disclosed in US Pat. Nos. 2,208,416 and 2,454,582. It is characteristic of such static systems is that the linearity in the self-regulating effect is only limited over a limited period Range of the operating values of the terminal voltage, the terminal current and the loss angle extends. Hence the designer tries To achieve compound ratios which compromise the excitation requirements in the entire operating range with a minimum of overall controller performance.

Es wurden bisher die verschiedensten Vorschläge gemacht,um statische Leistungsquellen für die Erregerleistung im Innern der dynamoelektrischen Maschine vorzusehen, wie beispielsweise Hilfswicklungen in dem Endwindungsbereich (Französisches Patent 1 050 847) oder Hilfswindungen in den Hauptwicklungsnuten (US-Patent 3 132 296). Eine Erregerleistungsquelle mit Compound-Verhalten mittels innerer Wicklungen, die auf den Feldfluß und den Streufluß der Hauptwicklungen ansprechen, wird beschrieben im US-Patent 3 479 543. Es wurden auch Vorschläge gemacht zur Anzapfung der Hauptwicklungen einer dynamoelektrischen Maschine, beispielsweise im US-Patent 3 035 222, um eine Loistungsquelle für äußere Gleichrichtung zu erhalten. Eine solche Anordnung ist nur geeignet für relativ kleine Wechselstrommaschinen.So far, the most diverse proposals have been made to static Provide power sources for the excitation power inside the dynamo-electric machine, such as auxiliary windings in the end winding area (French patent 1 050 847) or auxiliary windings in the main winding grooves (US patent 3 132 296). An excitation power source with compound behavior by means of inner windings, which act on the field flux and the leakage flux of the main windings are described in U.S. Patent 3,479,543. Proposals have also been made to tap the Main windings of a dynamo-electric machine, for example in US Pat. No. 3,035,222, around a power source for external rectification to obtain. Such an arrangement is only suitable for relatively small AC machines.

Es wäre erwünscht, ein Erreg<?rsystem mit einer Compoundierung mitIt would be desirable to have an excitation system with a compounding

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hoher Ansprechgeschwindigkeit, einfacher Steuerung zu haben, das über einem weiten Bereich so eingestellt werden kann, daß es entweder selbstregelnd ist oder eine erzwungene Erregung liefert, welche den momentanen Erfordernissen des Systems angepaßt ist, unter Verwendung imerer Wicklungen, und welches geeignet ist, in einer einfachen, kompakten und zuverlässigen Weise mit modernen gas- oder flüssigkeitsgekühlten Generatoren integriert zu werden.to have high response speed, simple control which can be set over a wide range so that it is either self-regulating or provides a forced excitation which adapts to the current requirements of the system is, using more windings, and which is suitable, integrated in a simple, compact and reliable way with modern gas or liquid cooled generators will.

Im US-Patent 2 83) 716 wird angedeutet, daß eine weitere Flexibilität der Konstruktion dadurch erhalten werden kann, daß ein Hilfstransformator zur Einstellung der lastabhängigen Komponente des Erregerstroms bezüglich seiner Phase und seiner Amplitude verwendet wird. Dies erfordert jedoch eine Vielzahl von Abgriffen auf dem Erregertransformator und erfordert weiterhin einen zusätzlichen Hilfstransformator.In U.S. Patent 2,83,716, it is suggested that another flexibility the construction can be obtained in that an auxiliary transformer for adjusting the load-dependent component of the excitation current is used in terms of its phase and amplitude. However, this requires a large number of taps on the excitation transformer and still requires an additional Auxiliary transformer.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein inneres Erregersystem zu schaffen, in dem die Phasenbeziehung zwischen der auf den Strom ansprechenden Komponente und der auf die Spannung ansprechenden Komponente in leichter Weise auswählbar ist.It is therefore an object of the present invention to provide an internal excitation system in which the phase relationship between the component responsive to the current and the component responsive to the voltage can be easily selected.

Ein weiteres Ziel besteht darin, eine interne in breitem Maße einstellbare statische Compound-Erregerleistungsquelle zu schaffen, welche eine Phaseneinstellung der in den inneren Wicklungen erzeugten Spannung gemäß dem von der Rotorfeldwicklung erzeugten synchronen Fluß gestattet.Another goal is to provide an internal, widely adjustable, static compound exciter power source, which phase adjustment of the voltage generated in the inner windings according to that generated by the rotor field winding synchronous flow allowed.

Ein besseres Verständnis des Aufbaus und der Durchführung der Erfindung und weiterer Aufgaben und Vorteile ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen.A better understanding of how the invention can be constructed and carried out and further objects and advantages emerge from the following description of exemplary embodiments in FIG Relation to the illustrations.

Fig. ¹ zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung pines Turbinen-Generators mit einer neuen Form des statischen Erregersystems und einem integrierten inneren neutralen und Erregertransformator, der durch das Kühlsystem der dßynamoelektrlschen Maschine gekühlt ist.Fig. ¹ shows a simplified schematic representation of a pin turbine generator with a new form of static excitation system and an integrated internal neutral and excitation transformer which is cooled by the cooling system of the dynamo-electric machine.

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Fig. 2 ist eine Teilansicht, teilweise im Schnitt, des oberen Endes einer dynamoelektrischen Maschine und veranschaulicht die räumliche Anordnung der Bauteile.Figure 2 is a fragmentary view, partly in section, of the top end of a dynamo-electric machine and illustrated the spatial arrangement of the components.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Statornut längs der Linie III-III der Figur 2.FIG. 3 shows a cross section through the stator slot along the line III-III in FIG.

Fig. 4 ist eine vereinfachte schemati sehe Abbildung ähnlich der Figur 1 und zeigt eine abgewandelte Form gemäß der Erfindung mit einer außen angeschlossenen Neutralkomponente.Fig. 4 is a simplified schematic see illustration similar to that Figure 1 and shows a modified form according to the invention with an externally connected neutral component.

Fig. 5 ist eine vereinfachte schematische Abbildung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bezüglich der Einrichtung zur Steuerung des internen Erregertransformators.Figure 5 is a simplified schematic illustration of another Embodiment of the invention with regard to the device for controlling the internal excitation transformer.

Fig. 6 ist eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform, bei der ein äußerer aber benachbarter Erregertransformator das Kühlsystem der dynamoelektrischen Maschine ausnutzt.6 is a simplified schematic diagram for purposes of illustration a further embodiment in which a external but adjacent excitation transformer exploits the cooling system of the dynamo-electric machine.

Die Figuren 7a bis 7c geben Vektordiagramme für den Generator, und zwar ohne Last, mit nacheilendem Verlustwinkel und mit voreilendem Verlustwinkel.FIGS. 7a to 7c give vector diagrams for the generator, specifically without load, with a lagging loss angle and with leading loss angle.

Kurz gesagt wird die.Erfindung dadurch ausgeführt, daß ein innerer Erregertransformator vorgesehen wird. Der Transformator besitzt mindestens zwei Primärwicklungen, von denen eine durch eine zusätzliche "Potential"-Wicklung versorgt wird, welche in Nuten ei»- gefügt ist, die so ausgewählt sind, daß eine im wesentlichen spannungsabhängige Komponente in einer ausgewählten Phasenbeziehung zu einer stromabhängigen Komponente geliefert wird, welche der anderen Primärwicklung zugeführt ist. Diese letztere Wicklung besteht aus den inneren Leitungen der in Sternschaltung verbundenen Hauptwicklung der dynamoelektrischen Maschine. Die sekundäre oder ausgangsseitige Wicklung des Erregertransformators versorgt einen konventionellen Gleichrichter zur Lieferung der Felderregerleistung über konventionelle Schleifringf».In short, the invention is carried out by having an internal Excitation transformer is provided. The transformer has at least two primary windings, one of which has an additional "Potential" winding is supplied, which in slots ei »- is joined, which are selected so that a substantially voltage-dependent component in a selected phase relationship is supplied to a current-dependent component which is fed to the other primary winding. This latter winding consists from the inner lines of the star-connected main winding of the dynamo-electric machine. The secondary or The output-side winding of the exciter transformer supplies one conventional rectifier for supplying the field excitation power via conventional slip rings ».

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Fig. 1 der Abbildung zeigt eine dynamoelektrische Maschine, beispielsweise einen großen Turbinen-Generator in schematischer Darstellung mit einem Stator 1 und einem Rotor 2 für den Betrieb innerhalb eines abgeschlossenen Gehäuses 3. Ein Kühlsystem für die dynamoelektrische Maschine ist symbolisch dargestellt durch die Kühlschlangen 4 und den Zirkulationslüfter 5 im Innern des Gehäuses 3, welche mit einem äußeren System 6 zur Ableitung der Wärme außerhalb des Gehäuses verbunden sind. Dieses symbolisch dargestellte Kühlsystem kann eine große Vielzahl von an sich dem Fachmann bekannten Formen für große dynamoelektrische Maschinen annehmen, beispielsweise die Einzelkühlung oder die Kühlung in Kombination mit einem Gas, beispielsweise Wasserstoff, das von Lüftern auf dem Rotor zirkuliert wird, oder die Kühlung mit Flüssigkeiten, beispielsweise Öl oder Wasser, die durch Pumpen über Leitungen zwischen den elektrischen Wicklungen oder durch Kanäle in den Wicklungen selbst zirkuliert werden. Beispiele für solche Systeme sind enthalten in dem US-Patent 2 695 368.Figure 1 of the figure shows a dynamo-electric machine, for example a large turbine generator in a schematic representation with a stator 1 and a rotor 2 for operation within a closed housing 3. A cooling system for the dynamo-electric machine is symbolically represented by the Cooling coils 4 and the circulation fan 5 inside the housing 3, which are connected to an external system 6 for dissipating the heat outside the housing. This symbolically represented Cooling system can take a wide variety of forms known to those skilled in the art for large dynamo-electric machines, For example, individual cooling or cooling in combination with a gas, for example hydrogen, from fans on the rotor is circulated, or the cooling with liquids, for example oil or water, which is pumped through pipes circulated between the electrical windings or through channels in the windings themselves. Examples of such systems are contained in U.S. Patent 2,695,368.

Auf dem Rotor 2 ist eine Feldwicklung 7 angeordnet,die über eine Anordnung 8 von Schleifring und Bürste aus einem Gleichrichtersatz 9 in Dreiphasen-Brückenschaltung versorgt wird. Die Steuerung der Gleichrichterspannung wird gewährleistet mit Hilfe von gesteuerten Siliziumgleichrichtern 10, die im Nebenschluß über eine Seite des Ausgangs der Gleichrichterbrücke geschaltet sind. Der Gleichrichtersatz 9 und die Einrichtung zu seiner Steuerung, beispielhaft dargestellt durch die gesteuerten Siliziumgleichrichter 10, ist typisch für konventionelle oder bekannte Erregersteuerschaltungen. Eine für die Erregersteuerung geeignete Anzahl solcher Anordnungen werden beispielsweise im US-Patent 3 369 171 vorgeschlagen.On the rotor 2, a field winding 7 is arranged, which has a Arrangement 8 of slip ring and brush is supplied from a rectifier set 9 in a three-phase bridge circuit. The control the rectifier voltage is ensured with the help of controlled silicon rectifiers 10, which are shunted over one side of the output of the rectifier bridge are connected. The rectifier set 9 and the device for its control, exemplified by the controlled silicon rectifier 10, is typical of conventional or known excitation control circuits. A number of such arrangements suitable for excitation control are disclosed, for example, in U.S. Patent 3,369,171 suggested.

In den Nuten des Stators des Generators ist in konventioneller Weise eine Generatorhauptwicklung 11 angeordnet, die drei Phasenwicklungen 11a, 11b und lic umfaßt. Jeder Phasensatz, beispielsweise der Satz 11a, kann in Wirklichkeit parallel geschaltete Wicklungen umfassen. Er ist jedoch der Einfachheit halber als einzelne Wicklung mit einer Anschlußleitung 12 und einer neutralen oder Masseleitung 13 dargestellt.In the grooves of the stator the generator is done in a conventional manner a generator main winding 11 is arranged, which comprises three phase windings 11a, 11b and lic. Any set of phases, for example the set 11a, may in fact comprise coils connected in parallel. However, for the sake of simplicity, it is provided as a single winding with a connecting line 12 and a neutral or ground line 13 is shown.

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Eine konventionelle Anordnung zum Anschluß der Hauptwicklung ti des Generators würde darin bestehen, die Phasenleitung 12 und die neutralen oder Masseleitungen 13 aus" dem Gehäuse durch Buchsen herauszuführen, die Masseleitungen 13 miteinander zur Bildung einer äußeren Masseverbindung zu verbinden und diese Verbindung über einen Erdtransformator hoher Impedanz und mit geeignetem Schutzrelais zu erden. In der vorliegenden bevorzugten Anordnung werden jedoch nur die Phasenleitungen 12 aus dem Generatorgehäuse 3 über Buchsen 14 herausgeführt. Die Masseleitungen 13 andererseits stellen hier primäre Wicklungen mit einer einzigen Windung für einen inneren Erregertransformator dar, der schematisch durch die gestrichelte Umrahmung 15 dargestellt ist. Obwohl die Masseleitungen zur Bildung einer Primärwicklung mit einer Windung lediglich einmal durch einen laminierten Kern hindurchgehen, ist die Primärwindung in Fig. 1 symbolisch durch Spulen 16 dargestellt, welche Primärwindungen andeuten. Nach dem Durchgang durch den Kern des inneren Erregertransformators 15 werden die Masseleitungen 13 an einem gemeinsamen Masseverbindungspunkt 17 miteinander verbunden, der im Inneren des Generatorgehäuses 3 angeordnet und galvanisch über eine Buchse 17 a verbunden ist mit einer außerhalb angebrachten Einrichtung 17b für die Erdung und den Relaisschutz mit konventioneller Bauweise. Ebenfalls beeinflußt durch die Masseleitungen 13 sind die getrennten Stromtransformatoren 18, die für Zwecke der Überwachung, des Schutzes und der Instrumentenanzeige vorgesehen sind und keine Beziehung zur vorliegenden Erfindung besitzen.A conventional arrangement for connecting the main winding ti The generator would consist of the phase line 12 and the neutral or ground lines 13 from "the housing through sockets lead out to connect the ground lines 13 to one another to form an external ground connection and this connection To be earthed via an earth transformer of high impedance and with a suitable protective relay. In the present preferred arrangement however, only the phase lines 12 are led out of the generator housing 3 via sockets 14. The ground lines 13 on the other hand represent primary windings with a single turn for an internal excitation transformer, which is shown schematically through the dashed frame 15 is shown. Although the ground lines to form a primary winding with one turn only go once through a laminated core, the primary turn is symbolically represented in Fig. 1 by coils 16, which primary turns indicate. After passing through the core of the inner excitation transformer 15, the ground lines 13 connected to one another at a common ground connection point 17, which is arranged in the interior of the generator housing 3 and is galvanically connected via a socket 17 a to an externally attached device 17 b for grounding and relay protection with conventional construction. The separate current transformers are also influenced by the ground lines 13 18, which are intended for monitoring, protection and instrument display purposes and are not related to the present Own invention.

Der innere Erregertransformator 15 besitzt eine zweite Primärwicklung 19, die von einer zusätzlichen Leistungsquelle auswählbarer Phase versorgt wird. In der Figur 1. und aus den Figuren 4, 5 und 6 nimmt diese die Form einer zusätzlichen Mehrphasenwicklung 20 in der Statorbohrung an und besitzt vorzugsweise die Form einer flüssigkeitsgekühlten Wicklung, die zusammen mit der Hauptwicklung in den Nuten des Stators der dynamoelektrischen Maschine angebracht ist und für jede Phase nur eine halbe Windung besitzt. Jeder Phasenleiter, beispielsweise der Leiter 20a der Zusatzwicklung, wird in die richtige Nut eingesetzt, um die erwünschteThe inner excitation transformer 15 has a second primary winding 19, which is supplied by an additional power source of selectable phase. In Figure 1 and from Figures 4, 5 and 6, this takes the form of an additional polyphase winding 20 in the stator bore and preferably has the shape a liquid-cooled winding that works together with the main winding is mounted in the grooves of the stator of the dynamo-electric machine and has only half a turn for each phase. Each phase conductor, for example the conductor 20a of the auxiliary winding, is inserted into the correct slot to make the desired one

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Phasenbeziehung bezüglich beispielsweise einer Phasenwicklung 11a der Hauptwicklung zu erhalten. Diese Phasenbeziehung wird bestimmt durch diejenige Nut, in welche die Phasenwicklung 20a eingesetzt wird (vgl. Fig. 3, Bezugsziffer 40). Das Ausgangssignal von jeder der Phasen der zusätzlichen Wicklung, beispielsweise der Phase 20a, wird über eine entsprechende Wicklung der Erreger-Primärwicklung 19, beispielsweise die Wicklung 19a, und einen in Reihe geschalteten Reaktor 21a einem inneren geerdeten Masseanschluß 22 zugeführt.To obtain phase relationship with respect to, for example, a phase winding 11a of the main winding. This phase relationship is determined by the slot into which the phase winding 20a is inserted (see FIG. 3, reference number 40). The output of each the phases of the additional winding, for example phase 20a, is via a corresponding winding of the primary excitation winding 19, for example the winding 19a, and a series-connected reactor 21a to an inner grounded connection 22 fed.

Die beiden Primärwicklungen 19a und 16a sind so in einem gemeinsamen Kern in dem Erregertransformator 15 angeordnet, daß sie eine Spannung in einer entsprechenden Phasenwicklung 23a einer Sekundärwicklung 23 mit Dreiecksschaltung erzeugen. Die Ausgangsleitungen von der Sekundärwicklung 23 verlassen das Generatorgehäuse über die Buchsen 24 und sind als Dreiphaseneingang mit dem Gleichrichtersatz 9 verbunden.The two primary windings 19a and 16a are thus in a common Core arranged in the excitation transformer 15 that they generate a voltage in a corresponding phase winding 23a of a secondary winding 23 with a delta connection. The output lines from the secondary winding 23 leave the generator housing via the sockets 24 and are a three-phase input with the Rectifier set 9 connected.

Fig. 2 der Abbildungen zeigt eine tatsächliche Anordnung von Bauteilen in einem großen Generator unter Verwendung der gleichen Bezugsziffern für die Darstellung identischer Teile. Ein Schnitt der oberen Hälfte eines Endes einer dynamoelektrischen Maschine zeigt, daß das gasdichte Gehäuse 3 einen Statorkern 1 in Lamellenbauweise besitzt mit am Umfang angeordneten Nuten zur Aufnahme der Hauptwicklungen H. Ein Teil des Rotors 2 ist dargestellt und trägt ein Lüfterelement 2a, welches einen Teil des Wasserstoffgaskühlsystems bildet und zur Zirkulation des Gases für den Stator 1 und den Rotor 2 durch die verschiedenen Kanäle dient, wobei das Gas dann durch geeignete Wärmeaustauscher 25 wfeder gekühlt wird, welche im Innern des Gehäuses angeordnet sind.Figure 2 of the drawings shows an actual arrangement of components in a large generator using the same reference numerals to represent identical parts. One cut The upper half of one end of a dynamo-electric machine shows that the gas-tight housing 3 has a stator core 1 of lamellar construction has grooves arranged on the circumference for receiving the main windings H. Part of the rotor 2 is shown and carries a fan element 2a, which is part of the hydrogen gas cooling system forms and serves to circulate the gas for the stator 1 and the rotor 2 through the various channels, wherein the gas is then cooled by suitable heat exchangers 25 which are arranged inside the housing.

Die Hauptwicklung 11 wird auch im Innern gekühlt durch ein Flüssigkeitskühlsystem, wie es mit weiteren Einzelheiten in dem vorgenannten US-Patent 2 695 368 beschrieben ist. Dieses liefert eine Flüssigkeit, beispielsweise entionisiertes Wasser, von inneren Kopfstücken 26 durch isolierte Schläuche 27 zu flüssigkeitsgekühlten Stangenenden 28 (bar terminations) und von dort durch die hohlen Windungen zur Kühlung und Zirkulation am anderen EndpThe main winding 11 is also cooled internally by a liquid cooling system, as described in more detail in the aforesaid U.S. Patent 2,695,368. This provides one Liquid, such as deionized water, from internal Head pieces 26 through insulated hoses 27 to liquid-cooled Rod ends 28 (bar terminations) and from there through the hollow windings for cooling and circulation at the other end

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des Generators. Die nicht gezeigten Phasenleitungen von der Wicklung 11 werden aus dem unteren Teil des Generators über Hochspannungsbuchsen herausgeführt.of the generator. The not shown phase lines from the winding 11 are over from the lower part of the generator High voltage sockets led out.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Masseleitungen 13 in den oberen Teil des Generators hinein fortgesetzt. Das Gehäuse 3 wird durch eine Kuppel 3a vergrößert, welche durch geeignete Leitungen 29 zur Kühlung durch Gas eingerichtet ist, das über den Wärmeaustauscher 25 und dann durch die Kuppel 3a zur Kühlung der Bauteile in der Kuppel geführt wird. Die Bauteile schließen ein den inneren Erregertransformator 15, die Reaktoren 21 mit Masseverbindungspunkt 22 und die Masseverbindung 17 der Hauptwicklung, welche mit Hilfe von Buchsen 17a durch das Gehäuse geführt ist zur äußeren Befestigung an einer konventionellen Einrichtung 17b zur Erdung und zum Relaisschutz.According to the preferred embodiment of the invention, the Ground lines 13 continued into the upper part of the generator. The housing 3 is enlarged by a dome 3a, which is arranged by suitable conduits 29 for cooling by gas passing through the heat exchanger 25 and then through the dome 3a is performed to cool the components in the dome. The components include the internal excitation transformer 15, the Reactors 21 with ground connection point 22 and the ground connection 17 of the main winding, which is guided through the housing with the aid of sockets 17a for external attachment to a conventional one Device 17b for grounding and relay protection.

Der Erregertransformator 15 enthält 3 Kerne in Lamellenbauweise für die 3 Phasen, wie beispielsweise den Kern 30. Diese sind in einer gestaffelten Anordnung längs der Oberseite der dynamoelektrischen Maschine im Innern der Kuppel 3a angeordnet. Jeder der Kerne 30 ist so angeordnet, daß er einen Verbindungsweg für den Fluß zwischen einem Paar primärer Wicklungen und einer Sekundärwicklung ergibt, beispielsweise zwischen den Wicklungen 16a und 19a, und der Sekundärwicklung 23a. Die Primärwicklung 16a umfaßt eine Primärwicklung aus einer" einzigen Windung. Diese wird durch einen L-förmigen Hohlleiter 31 gebildet, dessen vertikaler Schenkel durch den Transformatorkern 30 geht. Das obere Ende des Hohlleiters 31 ist mit der Masseverbindung 17 verbunden. Zusammen mit zwei anderen ähnlichen Leitern für die anderen beiden Phasen wird er in einem Bügel 32 gehalten nach dem Durchgang durch den Stromüberwachungstransformator 18.The excitation transformer 15 contains 3 cores in a lamellar design for the 3 phases, such as the core 30. These are in a staggered arrangement along the top of the dynamoelectric Machine arranged inside the dome 3a. Each of the cores 30 is arranged to have a communication path for provides the flux between a pair of primary windings and a secondary winding, for example between windings 16a and 16a 19a, and the secondary winding 23a. The primary winding 16a comprises a "single turn" primary winding an L-shaped waveguide 31 is formed, the vertical leg of which goes through the transformer core 30. The top of the waveguide 31 is connected to the ground connection 17. Along with two other similar ladders for the other two phases will be it is held in a bracket 32 after passing through the current monitoring transformer 18th

Das untere Ende des Hohlleiters 31 ist elektrisch mit einem der neutralen Enden der Phasenwicklungen mit Hilfe einer flexiblen elektrischen Verbindung 33 verbunden. Eine hohle isolierende Hülse 34 steht in Strömungsmittelverbindung mit dem Versorgungsrohr 35 für kaltes Gas und auch mit dem Innern des Leiters 31, und liefertThe lower end of the waveguide 31 is electrically connected to one of the neutral ends of the phase windings by means of a flexible electrical connection 33 connected. A hollow insulating sleeve 34 is in fluid communication with the cold gas supply pipe 35 and also with the interior of the conductor 31, and supplies

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wie durch die Pfeile gezeigt, einen Strom von Kühlgas von dem Wärmeaustauscher 25 durch den Leiter 31 zu einer Auslaßöffnung 36 am Massepunkt. Kühlkanäle 30a sind zwischen den Paketen von Eisenblech in den Transformatorkernen 30 angebracht und in ähnlicher Weise durch Prallbleche (nicht gezeigt) zur Strömungsmittelverbindung mit der Versorgungsleitung 35 für kaltes Gas verbunden. Daher werden sowohl die Außenbereiche der in der Kuppel 3a angeordneten Kerne und Wicklungen als auch der Innenteil der neutralen Leitung als Primärwicklung und die Kerne der Erregertransformatoren durch das Kühlgas des Generators gekühlt.as shown by the arrows, a flow of cooling gas from the heat exchanger 25 through the conductor 31 to an outlet port 36 at the ground point. Cooling channels 30a are provided between the packages of sheet iron in the transformer cores 30 and the like Manner connected by baffles (not shown) for fluid communication with the supply line 35 for cold gas. Therefore, both the outer areas of the cores and windings arranged in the dome 3a and the inner part of the neutral line as the primary winding and the cores of the excitation transformers are cooled by the cooling gas from the generator.

Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnt, ist die Leistungsquelle mit auswählbarer Phase für die andere Primärwicklung 19 des inneren Erregertransformators eine Zusatzwicklung, die zusammen mit der Hauptwicklung in den Nuten der dynamoelektrischen Maschine angeordnet ist. Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Nut der dynamoelektrischen Maschine. Die Nuten enthalten isolierte Armaturstäbe 36, die durch schwalbenschwanzartige isolierte Keilteile 37 an ihrem Platz gehalten werden. An drei in gleichem Abstand um die Bohrung des Armaturkernes angebrachten Plätzen trägt ein besonders aasgestalteter Keilteil 38 ein isoliertes Leiterteil 40, das aus hohlen Kanälen und festen Drähten zusammengesetzt ist, sich über die Länge des Generatorkernes erstreckt und zu einer Verbindung mit dem synchronen Feldfluß des Rotors eingerichtet ist. Der Leiter 40 bildet dadurch eine Phasenwicklung mit einer halben Windung entsprechender Phasenwicklung 20a der Fig. 1.As already mentioned in connection with FIG. 1, the power source is with a selectable phase for the other primary winding 19 of the inner excitation transformer an additional winding, which is arranged together with the main winding in the slots of the dynamo-electric machine. Fig. 3 shows a section through the groove of the dynamo-electric machine. The grooves contain insulated armature rods 36, which are isolated by dovetail-like Wedge parts 37 are held in place. In three equally spaced locations around the hole in the valve core A specially shaped wedge part 38 carries an insulated conductor part 40 which is composed of hollow channels and solid wires is, extends over the length of the generator core and to a connection with the synchronous field flux of the Rotor is set up. The conductor 40 thereby forms a phase winding with half a turn of the corresponding phase winding 20a of FIG. 1.

Die drei Leiter 40 sind mit einer geeigneten neutralen Verbindung an einem Ende des Stators des Generators miteinander verbunden. An dem anderen Ende jedoch werden sie aus der Nut herausgeführt und in einer isolierenden Hülse gehalten gemäß der Bezugsziffer 41 der Fig. 2 zur Verbindung mit der Primärwicklung IDa. Das andere Ende der Primärwicklung 19a wird über einen isolierten Hohlleiter 42 zur Reaktorwicklung 21a und von dort über einen ähnlichen Hohlleiter 43 zur neutralen oder Masseverbindung 22 geführt. Die Masseverbindung 22 besitzt die Form eines hohlenThe three conductors 40 are interconnected with a suitable neutral link at one end of the stator of the generator. At the other end, however, they are led out of the groove and held in an insulating sleeve according to the reference number 41 of FIG. 2 for connection to the primary winding IDa. That the other end of the primary winding 19a is via an insulated waveguide 42 to the reactor winding 21a and from there via a Similar waveguides 43 are guided to the neutral or ground connection 22. The ground connection 22 has the shape of a hollow

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Flüssigkeitskopfteiles (header), der durch ein Schlauchteil 44 mit einem flüssigen Versorgungskopfteil 45 für kalte Flüssigkeit ähnlich dem Kopfteil 26 verbunden ist.Liquid head part (header), which through a hose part 44 with a liquid supply head part 45 for cold liquid similar to the head part 26 is connected.

In der oben beschriebenen Weise wird daher eine Reihenschaltung erreicht von einer Phasenwicklung 20a (welche im Oberteil einer Statornut angebracht ist) durch die Erregerprimärwicklung 19a und die Reaktorwicklung 21a zur neutralen Verbindung 22. Dabei ist eine ähnliche Anordnung für alle drei Phasen vorgesehen. Ebenso beinhaltet die Einrichtung zur Flüssigkeitskühlung der obigen Anordnung die Schlauchverbindung 44 mit den in Reihe verbundenen Wicklungen 21*»19a, 20a , welche in Strömungsmittelverbindung miteinander stehen.In the manner described above, a series connection is therefore achieved by a phase winding 20a (which is in the upper part of a Stator groove is attached) through the primary excitation winding 19a and the reactor winding 21a to the neutral connection 22 a similar arrangement is provided for all three phases. Likewise, the liquid cooling device includes the above Arrangement of the hose connection 44 with the series connected windings 21 * »19a, 20a, which are in fluid communication stand together.

Die offenbarte elektrische Schaltung soll nunmehr vom Standpunkt der Arbeitsweise betrachtet werden. Die Primärwicklung 16 des inneren Erregertransformators spricht dabei auf den Strom an, der durch die Masseleitungen 13 zu und von der inneren Masseverbindung 17 fließt. Daher stellt die Primärwicklung 16 den Stromtransformator (auch CT genannt) der konventionelleren statischen Erregersysteme dar.The electrical circuit disclosed will now be considered from the point of view of operation. The primary winding 16 of the inner excitation transformer responds to the current, which flows through the ground lines 13 to and from the inner ground connection 17. Therefore, the primary winding 16 represents the Current transformer (also called CT) the more conventional static Excitation systems.

Die zusätzliche Wicklung 20 spricht an auf den synchronen Fluß oder den Fluß im Luftspalt, der durch die rotierende Feldwicklung 7 erzeugt wird, und versorgt die andere Primärwicklung 19 des inneren Erregertransformators. Da der synchrone Fluß des Rotors eine "virtuelle" Spannung in der Hauptstatorwicklung erzeugt, welche gleich der Klemmenspannung des Generators ist, wenn kein Statorverbraucherstrom fließt, und bei Fließen eines Statorstromes sich von der Generatorklemmenspannung um den Spannungsabfall an der Streureaktanz des Stators unterscheidet, ist die Primärwicklung 19 gleichsam analog der Wicklung des Potentialtransformators (auch PT genannt) von vorbekannten statischen Erregersystemen. Die Amplitude ist ,jedoch hier proportional der virtuellen Spannung des Generators (denFluß im Luftspalt) anstatt der Klemmenspannung des Generators (virtuelle Spannung vermindert um den Spannungsabfall an der Streureaktanz). Dies ergibt die erwünschte Eigenschaft einer Amplitude der Spannung der Zusatz-The additional winding 20 responds to the synchronous flux or the flux in the air gap caused by the rotating field winding 7 is generated, and supplies the other primary winding 19 of the internal excitation transformer. Since the synchronous flow of the Rotor generates a "virtual" voltage in the main stator winding, which is equal to the terminal voltage of the generator when there is no stator load current flowing and when one is flowing The stator current differs from the generator terminal voltage by the voltage drop at the leakage reactance of the stator the primary winding 19, as it were, analogous to the winding of the potential transformer (also called PT) of previously known static ones Excitation systems. The amplitude is, however, here proportional to the virtual voltage of the generator (the flux in the air gap) instead the terminal voltage of the generator (virtual voltage reduced by the voltage drop at the leakage reactance). This gives the desired one Property of an amplitude of the voltage of the additional

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wicklung, die größer ist als die Klemmenspannung im Falle eines nacheilenden Verlustwinkels und kleiner ist als die Klemmenspannung im Falle eines voreilenden Verlustwinkels.winding that is greater than the terminal voltage in the case of a lagging loss angle and smaller than the terminal voltage in the case of a leading loss angle.

Ein weiterer wichtiger Unterschied bei diesem System besteht darin, daß die Phasenverschiebung dieser Erregerwicklung bezüglich der Hauptwicklung frei gewählt werden kann, um die optimalen Compoundierungsverhältnisse zwischen den Primärwicklungen für Strom und Potential auf dem Erregertransformator zu erhalten. Da die zusätzliche Wicklung 20 in irgendeinen erwünschten Satz von Statornuten eingesdzt werden kann, kann dies auf einfache Weise durch Auswahl des richtigen Satzes von Nuten geschehen. Die zusätzliche Wicklung ergibt daher einen weiteren Grad der Flexibilität, welcher bei vorbekannten statischen Erregersystemen nicht erreicht wurde.Another important difference in this system is that the phase shift of this field winding with respect to the main winding can be freely selected in order to achieve the optimal compounding ratios between the primary windings for current and potential on the excitation transformer. As the additional winding 20 in any desired set stator slots can be used, this can be easily done by selecting the correct set of slots. The additional winding therefore results in a further degree of flexibility, which is the case with previously known static excitation systems was not reached.

Der Zweck der Reaktoren besteht darin, die Arbeitsweise des Systene über einen äußerst breiten Bereich von Klemmenbedingungen des Generators sowohl für den stationären Zustand als auch für vorübergehende Zustände zu stabilisieren.The purpose of the reactors is to make the system work over an extremely wide range of terminal conditions of the generator to stabilize for both steady state and transient states.

Die Primärwicklungen 16 und 19 schaffen zusammen eine Flußverbindung oder Verknüpfung mit den Sekundärwicklungen 23, welche den Gleichrichtersatz versorgen. Daher wird den Schleifringen 8 des Rotors ein gleichgerichteter Feldgleichstrom zugeführt, der nach dem an sich bekannten Compound-Effekt jetzt sowohl auf den Generatorstrom als auch das Generatorpotential anspricht und so ausgelegt werden kann, daß er eine momentane Erregerzwangswirkung und eine stationäre selbstregelnde Wirkung erzeugt, welche die Ansprechzeit des Generators auf ein Mindestmaß bringt und die Steueranforderungen vermindert.The primary windings 16 and 19 together provide a flux connection or connection to the secondary windings 23, which supply the rectifier set. Therefore, the slip rings 8 of the rotor is supplied with a rectified field direct current which, according to the known compound effect, is now applied to both the Generator current and the generator potential responds and can be designed so that it has a momentary forced excitation effect and generates a steady self-regulating effect, which brings the response time of the generator to a minimum and which Tax requirements reduced.

Vom Standpunkt der physischen Anordnung ist der Erregertransformator 15 mit den Wicklungen 16, 19, 23 räumlich kleiner als vorbekannte Erregertransformatoren, da er durch die Kühlsysteme des Generators wirksam gekühlt wird, und zwar in der vorliegenden Aueführungsform sowohl durch die Gaskühlung als auch durch dieFrom the standpoint of physical location is the excitation transformer 15 with the windings 16, 19, 23 spatially smaller than previously known Excitation transformers, as it is effectively cooled by the cooling systems of the generator, in the present embodiment both by the gas cooling and by the

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Flüssigkeitskühlung. Da er in seinen Abmessungen viel kleiner ist als konventionelle äußere Erregertransformatoren wird es überhaupt erst praktisch möglich, den Erregertransformator im Innern anzuordnen und dadurch wird es praktisch, das Generatorkühlsystem zu verwenden und es in die Struktur der inneren Masseleitung des Generators zu integrieren. Ein solcher synergistischer Effekt wird erreicht durch Anordnung des inneren Erregertransformators im Inneren oder in nächster Nachbarschaft des Generatorgehäuses zur Ausnutzung des Kühlsystems des Generators.Liquid cooling. Since it is much smaller in size than conventional external excitation transformers, it will It is only practically possible to arrange the excitation transformer inside and this makes it practical to use the generator cooling system and integrate it into the structure of the internal ground line of the generator. Such a synergistic one The effect is achieved by arranging the internal excitation transformer inside or in the immediate vicinity of the generator housing to utilize the generator's cooling system.

Durch Verbindung der neutralen Enden der Phasen im Inneren anstatt ihrer Herausführung durch neutrale Buchsen wird eine sehr kompakte und bequeme Anordnung erhalten. Die Anbringung der neutralen Verbindungen oder Masseverbindungen oben auf dem Generator bei gleichzeitiger Herausführung der Leitungsenden der Phasen am unteren Teil macht es räumlich gesehen sehr einfach, die Masseleitungen oder neutralen Leitungen durch die Kerne des inneren Erregertransformators hindurchzuführen, so daß sie Primärwicklungen mit einer Windung ergeben. Gleichzeitig ergibt dieses ein Maximum an Zugänglichkeit für die Installation oder die Wartung der Erregertransformatoren (durch einfaches entfernen der Kuppel 3a) und es schafft freien Raum am Boden des Generators, so daß die isolierten Phasensammelleiter-Verbindungen in der leichtesten möglichen Weise gemacht werden können. Durch Anordnung der Einrichtung 17b zur Transformatorerdung und zum Relaisschutz für den Generator außerhalb des Generators, jedoch in unmittelbarer Nachbarschaft zum Massepunkt, wird ein Maximum an Zugänglichkeit, Schutz und bequemer Handhabung dieser letzteren Elemente erzielt.By connecting the neutral ends of the phases inside instead their lead out through neutral sockets becomes a very compact one and get convenient arrangement. Attachment of the neutral connections or ground connections on top of the generator simultaneous lead-out of the line ends of the phases at the bottom Spatially speaking, it makes it very easy to get the ground lines or neutral lines through the cores of the inner part Excitation transformer pass through so that they have primary windings with one turn. At the same time, this results in maximum accessibility for installation or maintenance the excitation transformers (by simply removing the dome 3a) and it creates free space at the bottom of the generator so that the isolated phase busbar connections in the easiest way possible way can be done. By arranging the device 17b for transformer grounding and relay protection for the Generator outside the generator, but in the immediate vicinity of the ground point, ensures maximum accessibility, Protection and convenient handling of these latter elements are achieved.

Die dielektrischen Anforderungen und die dielektrische Beanspruchung dieser statischen Erregeranordnung sind auf ein Mindestmaß gebracht, da der Erregertransformator das neutrale Ende der Generatorphasenwicklungen koppelt und nicht die Phasenenden der einzelnen Phasen und da die Potentialwicklung elektrisch von Hauptwicklungen isoliert ist.The dielectric requirements and the dielectric stress this static excitation arrangement are kept to a minimum, since the excitation transformer is the neutral end of the generator phase windings couples and not the phase ends of the individual phases and since the potential winding is electrically from Main windings is isolated.

Die Figuren 4 bis 7 zeigen verschiedene abgewandelte Formen derFigures 4 to 7 show various modified forms of the

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Erfindung. Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine interne Masseverbindung verwendet, zeigt die Figur 4 eine Anordnung, bei der die Masseverbindung 50 außerhalb des Generatorgtfhäuses gemacht wird, nachdem die neutralen Leitungen 13 über Buchsen 51 nach ihrer Durchführung durch den Erregertransformator 15 herausgebracht werden. Bei dieser Anordnung werden die Stromüberwachungstransforraatoren 18 ebenfalls bequemerweise außerhalb des Gehäuses angeordnet, um für die Wartung zugänglich zu sein.Invention. Although the preferred embodiment of the invention an internal ground connection is used, FIG. 4 shows an arrangement in which the ground connection 50 is outside the generator housing is made after the neutral lines 13 via sockets 51 after their passage through the excitation transformer 15 to be released. With this arrangement, the current monitoring transformers 18 are also conveniently used arranged outside the housing to be accessible for maintenance.

In Fig. 5 ist ein geringfügig verschiedenes Steuersystem für den internen Erregertransformator verwendet. Die gesteuerten Siliziumgleichrichter 10 der Figur 1 werden weggelassen und an ihrer Stelle wird eine zusätzliche Steuerwicklung 52 dem Kern des internen Erregertransformators zugefügt. Ein konventioneller Spannungsregler 53 liefert eine geregelte Gleichspannung, welche der Steuerwicklung 52 zugeführt wird. Die Wicklung 52 ist bezüglich der anderen Wicklungen so angeordnet, daß sie eine Sättigung der Kerne des internen Erregertransformators ermöglicht und dadurch die Steuerung der Ausgangsleistung von der Sekundärwicklung 23 zu einem Gleichrichtersatz 9a mit Diodenbrücke und drei Phasen.In Fig. 5, a slightly different control system is used for the internal excitation transformer. The controlled silicon rectifiers 10 of Figure 1 are omitted and in their place an additional control winding 52 is the core of the internal Excitation transformer added. A conventional voltage regulator 53 supplies a regulated DC voltage which is fed to the control winding 52. The winding 52 is with respect to the other Windings arranged so that they allow saturation of the cores of the internal excitation transformer and thereby the Control of the output power from the secondary winding 23 to a rectifier set 9a with diode bridge and three phases.

Die Arbeitsweise dieser vorstehend beschriebenen abgewandelten Form der Erfindung in Figur 5 ist .ähnlich der Arbeitsweise eines konventionellen Strom-Potentialtransformators mit Sättigung (auch SCPT genannt) mit dem wichtigen Unterschied, daß sie flexibler ist bezüglich der Wahl der PhasenVersetzung der zusätzlichen Wicklung in den Nuten und auch infolge der Konstruktion und der geringeren Abmessungen des internen Erregertransformators eine höhere Ansprechgeschwindigkeit und ein besseres Ansprechen besitzt.The operation of this above-described modified form of the invention in Figure 5 is .ähnlich the operation of a conventional current potential transformer with saturation (also called SCPT) with the important difference that they are more flexible is related to the choice of phase offset of the additional winding in the grooves and also due to the construction and the smaller dimensions of the internal excitation transformer Has a response speed and a better response.

Fig, 6 zeigt eine andere Abwandlung der Erfindung mit einer geringfügig verschiedenen physischen Anordnung des Generators. Das Generatorgehäuse 3 ist dadurch abgewandelt, daß der Erregertransformator 15 und die Reaktoren 21 in einem verschlossenen Gehäuse 55 eingeschlossen sind, das vom Generatorgehäuse 3 getrennt, aber räumlich eng benachbart ist. Die Kühlung des Gehäuses 55 wird er-Fig. 6 shows another modification of the invention with a slight different physical arrangement of the generator. The generator housing 3 is modified in that the excitation transformer 15 and the reactors 21 are enclosed in a closed housing 55, which is separated from the generator housing 3, but is spatially closely adjacent. The cooling of the housing 55 is

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reicht mit Hilfe des Generatorkühlsystems über Verbindungsleitungen, die symbolisch bei 56 angedeutet sind, und durch eine Anordnung 57 zur Zirkulation. Die Massepunktverbindung 50 wird außerhalb des Generatorgehäuses vorgenommen, wie zuvor im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Fig. 4 beschrieben.sufficient with the help of the generator cooling system via connecting lines, which are indicated symbolically at 56, and by an arrangement 57 for circulation. The ground point connection 50 becomes made outside the generator housing, as previously in context with the embodiment of FIG. 4 described.

Die Bedeutung der Anordnung eines getrennten Gehäuses, das jedoch nahe genug benachbart ist, um das Kühlsystem der dynamoelektrischen Maschine auszunutzen, kann verstanden werden anhand einer Betrachtung der räumlichen Anordnung gemäß Fig. 2. Dort würde die zusätzliche Kuppel 3a durch ein getrenntes Gehäuse ersetzt, welches jedoch in etwa der gleichen Lage oben auf dem Generator angeordnet sein kann. Daher wäre dann die Konstruktion des Generators nicht mehr so sehr abhängig von der Konstruktion des inneren Erregertransformators und anderer Komponenten mit Ausnahme der zwischengeschalteten Kühlkanäle. In ähnlicher Weise kann das Gehäuse 55 unmittelbar unterhalb der dynamoelektrischen Maschine aber eng benachbart zu derselben angeordnet werden.The importance of placing a separate housing, but close enough adjacent to the cooling system of the dynamoelectric Exploiting the machine can be understood by considering the spatial arrangement according to FIG additional dome 3a replaced by a separate housing, which, however, is arranged in approximately the same position on top of the generator can be. Therefore, the construction of the generator would no longer depend so much on the construction of the internal one Excitation transformer and other components with the exception of the intermediate cooling ducts. Similarly, the housing 55 are arranged immediately below the dynamoelectric machine but closely adjacent to the same.

Die Figuren 7a, 7b und 7c zeigen Vektordiagramme für den Generator unter Leerlaufbedingungen bzw. bei nacheilendem Verlustwinkel und voreilendem Verlustwinkel. Dabei ist die Spannung V_t die äußere Spannung zwischen Masse und Phase und L ist der Phasenstrom unter Last. In Fig. 7a fließt kein Verbraucherstrom oder Laststrom. In Fig. 7b eilt der Laststrom I_T der Klemmenspannung V. um den Ver-FIGS. 7a, 7b and 7c show vector diagrams for the generator under no-load conditions or with a lagging loss angle and leading loss angle. The voltage V _{t is} the external voltage between ground and phase and L is the phase current under load. In Fig. 7a no consumer current or load current flows. In Fig. 7b, the load current I _T rushes the terminal voltage V.

ο lustwinkel Q^ nach, in diesem Beispiel um etwa 30 . In der Fig.7c eilt der Laststrom I_T der Klemmenspannung V. um einen Verlustwin-ο lustwinkel Q ^ to, in this example by about 30. In FIG. 7c, the load current I _T rushes the terminal voltage V. by a loss

kel θρ von beispielsweise etwa 15 vor.kel θρ of about 15, for example.

Voreilend bezüglich des Phasenstroms I_ um etwa 90° in beiden Fi-Leading with respect to the phase current I_ by about 90 ° in both fi

LtLt

guren 7b und 7c ist ein Spannungsabfall X_T . · I_T infolge dergures 7b and 7c is a voltage drop X _T. · I _T as a result of the

LiA LiLiA Li

Streureaktanz der Armatur. Wenn dieser Spannungsabfall vektoriell der Klemmenspannung V. zugeführt wird, ergibt sich der Spannungsvektor e_v. Die Spannung e wird manchmal "virtuelle Spannung" genannt und ist die Spannung, die in der Armaturwicklung unter Belastung durch den synchronen Fluß im Luftspalt erzeugt wird. Da die zusätzliche Wicklung in eine Nut eingeführt wird, ist ihreStray reactance of the valve. If this voltage drop is fed vectorially to the terminal voltage V., the voltage vector e _v results. The voltage e is sometimes called "virtual voltage" and is the voltage that is generated in the armature winding under load from the synchronous flux in the air gap. Since the extra winding is inserted into a slot, it is theirs

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Amplitude proportional der virtuellen Spannung.Amplitude proportional to the virtual voltage.

Ein weiterer Spannungsabfall X._D · I. ist verursacht durch die Gegenspannung der Armaturwicklung und ergibt bei Vektoraddition zu der Spännung e die Spannung e., welche bei Vernachlässigung der Sättigung proportional ist derjenigen Erregerspannung, die bei dem Laststrom I_T dem Feld zur Erzeugung der Klemmenspannung V. zugeführt werden muß. Die konventionellen Erregersysteme mit 'Compound-Betrieb versuchen, eine Erregerquelle mit auf Spannung und Strom ansprechenden Bauteilen zu erhalten, um ein Vektordreieck zu erzeugen, ähnlich dem von den Vektoren V. und e. begrenzten Dreieck.Another voltage drop X. _D · I. caused by the counter voltage of the armature winding and results in vector addition to the Spännung e the voltage e., Which is proportional neglecting the saturation of those exciting voltage when the load current I _T to the field for generating the Terminal voltage V. must be supplied. The conventional excitation systems with 'compound operation attempt to obtain an excitation source with components responsive to voltage and current in order to generate a vector triangle similar to that of the vectors V. and e. limited triangle.

Das vorliegende System unterscheidet sich darin, daß die Spannung der zusätzlichen Wicklung in ihrer Amplitude proportional der virtuellen Spannung e ist und daher zu einem Grade durch den Strom beeinflußt wird, welcher auf den Spannungsabfall Xta'It zurückzuführen ist. Ebenso gestattet die Auswahl der Nut oder der Nuten, in welche die zusätzliche Wicklung eingesetzt wird, eine Verschiebung der Phase der in der zusätzlichen Wicklung erzeugten Spannung gegenüber der virtuellen EUpannung. Diese Phasenverschiebung bleibt konstant bezüglich der virtuellen Spannung unter allen Belastungsbedingungen unabhängig davon, ob ein voreilender oder nacheilender Verlustwinkel vorliegt.The present system differs in that the voltage of the additional winding is proportional in amplitude to the virtual voltage e and is therefore influenced to a degree by the current, which is dependent on the voltage drop Xta'It is due. Also allows the selection of the groove or of the slots into which the additional winding is inserted, a shift in the phase of that generated in the additional winding Voltage compared to the virtual EU voltage. This phase shift remains constant with respect to the virtual voltage under all load conditions regardless of whether a leading or there is a lagging loss angle.

Fig. 7a zeigt, daß durch Einsetzen der Zusatzwicklung in Nuten auf der einen oder anderen Seite der Mittellinie der Hauptarmaturwicklung, bezogen auf den unbelasteten Zustand, die in der zusätzlichen Wicklung erzeugte Spannung e in der Phase um den Winkel A oder B zu beiden Seiten des Vektors e für die virtuelleFig. 7a shows that by inserting the auxiliary winding in slots on one side or the other of the center line of the main armature winding, based on the unloaded state, the voltage e generated in the additional winding in the phase around the angle A or B on either side of the vector e for the virtual

Spannung (welcher koinzident ist mit der Klemmenspannung) versetzt sein wird.Voltage (which is coincident with the terminal voltage) will be.

Es sei angenommen, daß der Winkel A gewählt wird und der Generator jetzt unter Belastung gemäß Fig. 7b betrieben wird. Dip Spannung e der Zusatzwicklung bleibt in dem gleichen Phasenverschiebungswinkel A bezüglich der virtuellen Spannung e . In gleiche!· WeiseAssume that angle A is chosen and the generator is now operated under load according to FIG. 7b. Dip voltage e of the additional winding remains in the same phase shift angle A with respect to the virtual voltage e. In the same! · Way

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wird gemäß Fig. 7c die Spannung e in der Phase um den gleichen Winkel verschoben bezüglich eines kleineren Wertes von e . In allen Fällen ist selbstverständlich die Amplitude von e proportional e .7c, the voltage e in phase is around the same Angle shifted with respect to a smaller value of e. In all cases, of course, the amplitude of e is proportional e.

Die Betrachtung der Vektordiagramme zeigt zuerst, daß eine Zusatzwicklung ohne Phasenversetzung eine Spannungskomponente mit relativ größerer Amplitude bei nacheilendem Verlustwinkel und eine relativ kleinere Spannungskomponente bei voreilendem Verlustwinkel erzeugen wird als konventionelle Compound-Systeme, deren Spannungskomponenten von der Klemmenspannung V₊. erzeugt werden. Zweitens kann durch Einführung einer Phasenverschiebung, beispielsweise der Verschiebung A, die Kurve der Erregung in Abhängigkeit vom Verlustwinkel für einen bestimmten Generator so zugeschnitten werden, daß man einen erwünschten Sicherheitsabstand zwischen der erforderlichen Erregerspannung und der tatsächlich verfügbaren Erregerspannung über den gesamten Bereich der möglichen Verlustwinkel erhält. Daher ist durch die richtige Wahl der Nuten, in welche die Zusatzwicklung eingesetzt werden, ein optimales Compound-Verhalten erreichbar, so daß die Zusatzwicklung zu einer Leistungsquelle mit wählbarer Phase für die Primärwicklung 19 des internen Erregertransformators wird.Examination of the vector diagrams first shows that an additional winding without a phase shift will generate a voltage component with a relatively larger amplitude with a lagging loss angle and a relatively smaller voltage component with a leading loss angle than conventional compound systems, whose voltage components depend on the terminal voltage V ₊ . be generated. Second, by introducing a phase shift, for example the shift A, the curve of the excitation versus loss angle for a particular generator can be tailored so that a desired safety margin is obtained between the required excitation voltage and the excitation voltage actually available over the entire range of possible loss angles . Therefore, through the correct choice of the slots in which the additional winding are inserted, an optimal compound behavior can be achieved, so that the additional winding becomes a power source with a selectable phase for the primary winding 19 of the internal exciter transformer.

Die vorstehend offenbarten Anordnungen besitzen zunächst die Vorteile aller statischen Erregersysteme insofern, daß die normale rotierende Ausrüstung eines getrennten Erregers beseitigt wird und das Ende des Generators mit Ausnahme der Schleifringe frei ist. Durch die interne Anordnung der Erregertransformatoren wird beträchtliche Grundrißfläche eingespart und getrennte Fundamente werden beseitigt. Ein Maximum an Freiheit für die isolierte Phasensammelleitung des Generators wird dadurch erhalten, daß die Masseleitung und die Erregerausrüstung für den Generator oben auf dem Generator angeordnet wird. Dies gewährleistet ein Maximum an Zugänglichkeit und gestattet eine Verstärkung des Statorrahmens an seinen Endabschnitten. Es wird ein gutes Ansprechen der Erregung erzielt infolge der innewohnenden selbstregulierenden Wirkung und der laminaren Magnetstrukturen mit geringer Zeitkonstante für dieThe arrangements disclosed above initially have the advantages of all static excitation systems in that the normal rotating equipment of a separate exciter is eliminated and the end of the generator is free with the exception of the slip rings. Due to the internal arrangement of the excitation transformers, the Floor plan area saved and separate foundations eliminated. Maximum freedom for the isolated phase bus of the generator is obtained by having the ground line and the excitation equipment for the generator on top of the Generator is arranged. This ensures maximum accessibility and allows the stator frame to be reinforced its end sections. A good arousal response is achieved due to the inherent self-regulating effect and of laminar magnetic structures with a low time constant for the

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internen Erregertransformatoren. Über einen äusserst weiten Bereich von Betriebsverhältnissen des Generators kann eineloptimale Kombination der Erregerzwangswirkung während vorübergehender Vorgänge im System und eine selbstregelnde Wirkung während stationärer Zustände erreicht werden mit einem Minimum an Steuerleistung wegen der grösseren Flexibilität, die bei der Auswahl der Compound-Beziehungen bei diesem System verfügbar ist. Die Anordnung des Erregertransformators im Inneren des Generatorgehäuses und die Verwendung der Masseleitungen der Hauptwicklungen vermeidet die Notwendigkeit zu einer Unterbrechung der isolierten Phasensammelleitung an dem auf hoher Spannung liegenden Ende der Hauptwicklungen. Die Verwendung der Generatorkühlmittel vermindert in starkem Masse die Abmessungen des Erregertransformators im Gegensatz zu konventionellen äusseren Transformatoren und dies begünstigt seinerseits die Einfügung des Transformators im Innern des Generatorgehäuses. Es wurde daher vorstehend ein in starkem Masse verbessertes statisches Erregersystem für grosse dynamoelektrische Maschinen mit Innenkühlung offenbart. -Der Fachmann wird die verschiedensten Möglichkeiten zu einer Abwandlung der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen im Rahmen der allgemeinen Lehre der Erfindung erkennen. Beispielsweise können die Masseverbindungen in einem vergrösserten Anschluekasten unterhalb des Generators benachbart zu den Hochspannungsbuchsen angebracht werden.internal excitation transformers. Over an extremely wide range of operating conditions of the generator, an optimal Combination of the forced excitation effect during temporary processes in the system and a self-regulating effect during steady-state conditions can be achieved with a minimum of control output because of the greater flexibility that is available in the selection the compound relationships are available in this system. the Arrangement of the excitation transformer inside the generator housing and the use of the ground lines of the main windings avoids the need to break the isolated phase bus at the high voltage end of the main windings. The use of the generator coolant greatly reduces the dimensions of the exciter transformer in contrast to conventional external transformers and this in turn favors the insertion of the transformer inside the generator housing. It was therefore made above a Much improved static excitation system for large dynamo-electric machines with internal cooling disclosed. A person skilled in the art will recognize the most varied of possibilities for modifying the embodiments described above within the scope of the general teaching of the invention. For example the ground connections can be made in an enlarged junction box below the generator adjacent to the high-voltage sockets.

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Claims

f 1. ^ Dynamoelectric machine with a rotating field winding, an electromagnetic stator core and a multi-phase set of main armature windings, each main winding having an internal phase line and an internal neutral line, characterized by an internal excitation transformer (15) with a core (30), at least two primary windings (16,19) and a secondary winding (23), one of the primary windings consisting of selected internal lines from the main winding of the dynamoelectric machine and an additional polyphase winding (40) which is essentially responsive to that of the rotating field winding (7) of the dynamoelectric Machine supplied synchronous flux, the additional winding with the other primary winding (19) of the excitation transformer (15) is connected.

2. Dynamoelectric machine according to claim 1, characterized in that with the secondary winding of the excitation transformer a rectifier device (9) is connected and via output lines for the supply of Excitation power is connected to the rotating field winding (7).

3. Dynamoelectric machine according to claim 1 or 2, characterized in that the additional Winding (40) arranged in selected slots of the stator core for generating a voltage in the additional winding which is substantially in phase with the virtual voltage generated by the synchronous flux.

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4. Dynamoelectric machine according to claim 1 or 2, characterized in that the additional winding (40) in selected slots of the stator core to phase shift the voltage generated in the additional winding with an advance according to a selected phase angle with respect to the virtual generated by the synchronous flux Voltage is arranged.

5. Dynamoelectric machine according to claim 1 or 2, characterized in that the addition ^ Lent winding is arranged in selected slots of the stator core to a phase shift with lag by one selected phase angle with respect to the virtual voltage generated by the synchronous flux.

6. Dynamoelectric machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that it has a Reactor winding in series with each phase winding of the additional winding and the corresponding connected Has phase winding of the primary excitation winding.

7. Dynamoelectric machine according to claim 1, characterized in that at least one control winding (52) is provided for the excitation transformer (15), to which a regulated DC voltage source (53) is connected is, with the control winding for saturation of the excitation transformer is set up by the voltage source and to control the output of the secondary winding (23).

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